【摘要】：多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)為機(jī)械、航空、航天、兵器、機(jī)器人等領(lǐng)域中大量機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能評(píng)估和優(yōu)化提供了強(qiáng)有力的理論工具與技術(shù)支撐,是當(dāng)今力學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。多體系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,由于不同構(gòu)件之間特性參數(shù)的較大差異、或者柔性體大范圍運(yùn)動(dòng)與構(gòu)件本身較小彈性變形之間的耦合,使得動(dòng)力學(xué)方程呈現(xiàn)剛性。這類剛性方程的求解是多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)控制中的難點(diǎn)問(wèn)題之一。目前,多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程常見的解法都是基于時(shí)間離散的數(shù)值積分方法。當(dāng)動(dòng)力學(xué)方程具有剛性特性時(shí),考慮到計(jì)算穩(wěn)定性等因素,需要強(qiáng)制使用隱式算法,這就使得其過(guò)程繁瑣且復(fù)雜,計(jì)算成本顯著增加。針對(duì)該問(wèn)題,本文基于量化狀態(tài)系統(tǒng)方法(Quantized State System,QSS),提出一種多點(diǎn)校正顯式算法(Multi-point Correction QSS,MCQSS)。該算法運(yùn)用兩個(gè)遲滯量化函數(shù)對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)變量進(jìn)行離散,引入多點(diǎn)校正思想對(duì)狀態(tài)變量導(dǎo)數(shù)進(jìn)行修正,使得仿真中每步時(shí)間節(jié)點(diǎn)更加精確,有效的提高了算法的精度及穩(wěn)定性;同時(shí)保留了 QSS算法顯式計(jì)算無(wú)需迭代的特點(diǎn),提高了算法的仿真效率。為驗(yàn)證本文提出的基于量化狀態(tài)系統(tǒng)的多點(diǎn)校正顯式算法應(yīng)用在多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)求解過(guò)程中的有效性,本文首先通過(guò)對(duì)雙擺系統(tǒng)的仿真求解,證明了算法的可行性。之后對(duì)混凝土泵車的臂架系統(tǒng)這一復(fù)雜的剛?cè)狁詈隙囿w系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)用分析。泵車臂架系統(tǒng)作為一個(gè)典型的多體系統(tǒng),其臂桿在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有較為明顯的彈性變形,所以它的柔性動(dòng)力學(xué)方程具有的強(qiáng)非線性、或是剛?cè)狁詈系葐?wèn)題使得動(dòng)力學(xué)方程呈現(xiàn)剛性特性。通過(guò)對(duì)柔性臂架系統(tǒng)的數(shù)值求解,并且將MCQSS算法與傳統(tǒng)數(shù)值積分方法和QSS等方法從仿真精度與仿真效率兩方面進(jìn)行性能對(duì)比,結(jié)果表明,MCQSS算法在保證仿真效率的同時(shí)能有效提高仿真精度,算法性能優(yōu)于傳統(tǒng)方法和QSS等方法。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O313.7
【圖文】：

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文邐逡逑理論均不是很成熟，建模方式和求解方法都還處于發(fā)展階段。逡逑另外，混凝土泵車的臂架系統(tǒng)是一種質(zhì)量較輕、規(guī)格較大、負(fù)載能力強(qiáng)的柔性臂系統(tǒng)，逡逑一系統(tǒng)既可作為漿體運(yùn)輸?shù)妮d體，也可在大范圍的空間內(nèi)做彈性變形和剛體運(yùn)動(dòng)互相耦合逡逑運(yùn)動(dòng)，屬于一種包含多個(gè)輸入輸出量的非線性的復(fù)雜系統(tǒng)。然而過(guò)去對(duì)臂架系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)逡逑和動(dòng)力學(xué)分折以及控制策略的設(shè)計(jì)時(shí)往往把它看作多剛體系統(tǒng)進(jìn)行研宄。逡逑柔性機(jī)械臂的柔性從兩部分體現(xiàn)，即關(guān)節(jié)的柔性和連桿的柔性，關(guān)節(jié)的柔性主要是指?jìng)麇义蠙C(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸的扭曲變形，這一變形可用集中參數(shù)模型描述，連桿的柔性即指機(jī)械臂本逡逑存在的剪切變形與柔性變形。柔性機(jī)械臂相較剛性機(jī)械臂有耗能低、靈活性好、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)逡逑結(jié)構(gòu)較輕的優(yōu)點(diǎn)，但是柔性機(jī)械臂的彈性振動(dòng)會(huì)使其穩(wěn)定性和定位精度降低，甚至?xí)a(chǎn)生逡逑勞損壞的事故。此外，臂架系統(tǒng)作業(yè)過(guò)程中受到輸送管中混凝土和液壓系統(tǒng)的沖擊力，因逡逑其末端會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)位移，這一振動(dòng)位移嚴(yán)重影響了其工作質(zhì)量。剛性模型和柔性模型在逡逑ＤＡＭＳ中的仿真對(duì)比如圖１．１所示，在同樣的驅(qū)動(dòng)環(huán)境下，柔性機(jī)械臂的末端會(huì)出現(xiàn)明顯的逡逑動(dòng)，因此，必須采用合理的方法來(lái)做好柔性機(jī)械臂的軌跡規(guī)劃并抑制其工作產(chǎn)生的振動(dòng)。逡逑

ＱＳＳ算法是可變步長(zhǎng)，其步長(zhǎng)是由量子大小Ａｇ除以狀態(tài)變量導(dǎo)數(shù)得到的，也就是說(shuō)首先逡逑要對(duì)狀態(tài)變量離散之后再確定每步的步長(zhǎng)，推進(jìn)的前后關(guān)系正好與基于時(shí)間離散的方法相反，逡逑具體來(lái)看圖２．２。逡逑

本文編號(hào)：2724236